JP2008187108A - Optical element and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical element which suppresses the degradation of the light-emitting characteristics of a vertical cavity surface emitting semiconductor laser, and a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: An optical element 100 of the present invention includes: a vertical cavity surface emitting semiconductor laser 140; and a light detecting element 120 for detecting a part of laser light emitted from the vertical cavity surface emitting semiconductor laser. The light detecting element has a light absorbing layer and a first contact layer 111, and the first contact layer is made of a semiconductor whose absorption edge wavelength is smaller than the oscillation wavelength of the vertical cavity surface emitting semiconductor laser. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、光素子およびその製造方法に関する。   The present invention relates to an optical element and a method for manufacturing the same.

面発光型半導体レーザは、環境温度等の条件によって光出力が変動するという特性を有する。このため、面発光型半導体レーザを用いた光素子においては、面発光型半導体レーザから出射されるレーザ光の一部を光出力として検出するための光検出素子が備えられている場合がある。この光検出素子はレーザ光を吸収し、吸収された光は、フォトダイオードに逆バイアス電圧を印加することで正孔−電子対となり、モニタ電流として検出される。たとえば、特開２０００−２６９５８５号公報には、面発光レーザ上に光検出器が集積された光送受信モジュールが開示されている。   The surface emitting semiconductor laser has a characteristic that the light output varies depending on conditions such as environmental temperature. For this reason, an optical element using a surface emitting semiconductor laser may be provided with a light detecting element for detecting a part of laser light emitted from the surface emitting semiconductor laser as an optical output. This light detection element absorbs laser light, and the absorbed light becomes a hole-electron pair by applying a reverse bias voltage to the photodiode, and is detected as a monitor current. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-269585 discloses an optical transceiver module in which a photodetector is integrated on a surface emitting laser.

ところで光検出素子を備えた面発光型半導体レーザにおいては、光検出素子において発生したすべての正孔−電子対がモニタ電流に変換されるものではなく、モニタ電流に変換されない正孔−電子対も存在する。このような正孔−電子対は、再結合して熱エネルギーに変換される。変換された熱エネルギーは、面発光型半導体レーザの活性層の温度を上昇させ、面発光型半導体レーザの発光特性を劣化させてしまう。
特開２０００−２６９５８５号公報 By the way, in a surface emitting semiconductor laser provided with a photodetection element, not all hole-electron pairs generated in the photodetection element are converted into a monitor current, and there are also hole-electron pairs that are not converted into a monitor current. Exists. Such hole-electron pairs are recombined and converted to thermal energy. The converted thermal energy raises the temperature of the active layer of the surface emitting semiconductor laser and degrades the light emission characteristics of the surface emitting semiconductor laser.
JP 2000-269585 A

本発明は、面発光型半導体レーザの発光特性の劣化を抑制することのできる光素子およびその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an optical element capable of suppressing deterioration of light emission characteristics of a surface emitting semiconductor laser and a method for manufacturing the same.

本発明にかかる光素子は、
面発光型半導体レーザと、
前記面発光型半導体レーザから出射されたレーザ光の一部を検出する光検出素子と、
を含み、
前記光検出素子は、光吸収層及び第１コンタクト層を有し、
前記第１コンタクト層は、吸収端波長が前記面発光型半導体レーザの発振波長より小さい半導体からなる。 The optical element according to the present invention is
A surface emitting semiconductor laser;
A light detecting element for detecting a part of the laser light emitted from the surface emitting semiconductor laser;
Including
The photodetecting element has a light absorption layer and a first contact layer,
The first contact layer is made of a semiconductor whose absorption edge wavelength is smaller than the oscillation wavelength of the surface emitting semiconductor laser.

なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。   In the description of the present invention, the word “upper” is, for example, “forms another specific thing (hereinafter referred to as“ B ”)“ above ”a specific thing (hereinafter referred to as“ A ”)”. Etc. In the description according to the present invention, in the case of this example, the case where B is directly formed on A and the case where B is formed on A via another are included. The word “upward” is used.

また、本発明において、「発振波長」とは、光素子の設計段階において、面発光型半導体レーザが発する光のうち、強度が最大となると予想される光の波長をいう。   In the present invention, the “oscillation wavelength” refers to the wavelength of light that is expected to have the maximum intensity among the light emitted from the surface-emitting type semiconductor laser at the optical element design stage.

なお、本発明において、「光吸収層」とは、空乏層を含む概念である。   In the present invention, the “light absorption layer” is a concept including a depletion layer.

本発明にかかる光素子において、
前記第１コンタクト層は、前記光吸収層より前記面発光型半導体レーザ側に設けられていることができる。 In the optical element according to the present invention,
The first contact layer may be provided closer to the surface emitting semiconductor laser than the light absorption layer.

本発明にかかる光素子において、
前記光検出素子は、前記第１コンタクト層と前記光吸収層を挟むようにして設けられた第２コンタクト層をさらに有し、
前記第２コンタクト層は、吸収端波長が前記面発光型半導体レーザの発振波長より小さい半導体からなることができる。 In the optical element according to the present invention,
The photodetecting element further includes a second contact layer provided so as to sandwich the first contact layer and the light absorption layer,
The second contact layer may be made of a semiconductor whose absorption edge wavelength is smaller than the oscillation wavelength of the surface emitting semiconductor laser.

本発明にかかる光素子において、
前記光検出素子は、前記第１コンタクト層と接触する電極をさらに有し、
前記第１コンタクト層は、前記電極とオーミック接触可能な材質からなることができる。 In the optical element according to the present invention,
The photodetecting element further includes an electrode in contact with the first contact layer,
The first contact layer may be made of a material capable of ohmic contact with the electrode.

本発明にかかる光素子において、
前記面発光型半導体レーザの発振波長が８５０ｎｍである場合に、
前記第１コンタクト層は、ＡｌＧａＡｓからなることができる。 In the optical element according to the present invention,
When the oscillation wavelength of the surface emitting semiconductor laser is 850 nm,
The first contact layer may be made of AlGaAs.

本発明にかかる光素子において、
前記第１コンタクト層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓからなり、
Ｘは、０．０３５以上であることができる。 In the optical element according to the present invention,
The first contact layer is made of Al x Ga 1-x As,
X can be 0.035 or more.

本発明にかかる光素子において、
前記第１コンタクト層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓからなり、
Ｘは、０．０３５以上０．１５以下であることができる。 In the optical element according to the present invention,
The first contact layer is made of Al x Ga 1-x As,
X can be 0.035 or more and 0.15 or less.

本発明にかかる光素子において、
前記面発光型半導体レーザは、
基板の上方に形成された第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、
を含み、
前記光検出素子は、
前記第２ミラーの上方に形成された前記第１コンタクト層と、
前記第１コンタクト層の上方に形成された前記光吸収層と、
前記光吸収層の上方に形成された第２コンタクト層と、
を含むことができる。 In the optical element according to the present invention,
The surface emitting semiconductor laser is:
A first mirror formed above the substrate;
An active layer formed above the first mirror;
A second mirror formed above the active layer;
Including
The photodetecting element is
The first contact layer formed above the second mirror;
The light absorbing layer formed above the first contact layer;
A second contact layer formed above the light absorption layer;
Can be included.

本発明にかかる光素子において、
前記面発光型半導体レーザと前記光検出素子との間に形成された分離層をさらに含み、
前記分離層は、吸収端波長が前記面発光型半導体レーザの発振波長より小さい半導体を含むことができる。 In the optical element according to the present invention,
A separation layer formed between the surface-emitting type semiconductor laser and the light detection element;
The separation layer may include a semiconductor having an absorption edge wavelength smaller than the oscillation wavelength of the surface emitting semiconductor laser.

本発明にかかる光素子において、
前記光検出素子は、
第２コンタクト層と、
前記第２コンタクト層の上方に形成された光吸収層と、
前記光吸収層の上方に形成された前記第１コンタクト層と、
を含み、
前記面発光型半導体レーザは、
前記第１コンタクト層の上方に形成された第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、
を含むことができる。 In the optical element according to the present invention,
The photodetecting element is
A second contact layer;
A light absorbing layer formed above the second contact layer;
The first contact layer formed above the light absorbing layer;
Including
The surface emitting semiconductor laser is:
A first mirror formed above the first contact layer;
An active layer formed above the first mirror;
A second mirror formed above the active layer;
Can be included.

本発明にかかる光素子は、
面発光型半導体レーザと、
前記面発光型半導体レーザから出射されたレーザ光の一部を検出する光検出素子と、
を含み、
前記光検出素子は、光吸収層及び第１コンタクト層を有し、
前記第１コンタクト層は、前記面発光型半導体レーザが発振する光の発振波長に対して透明な半導体からなる。 The optical element according to the present invention is
A surface emitting semiconductor laser;
A light detecting element for detecting a part of the laser light emitted from the surface emitting semiconductor laser;
Including
The photodetecting element has a light absorption layer and a first contact layer,
The first contact layer is made of a semiconductor that is transparent to the oscillation wavelength of the light emitted from the surface-emitting type semiconductor laser.

本発明にかかる光素子の製造方法は、
面発光型半導体レーザと、当該面発光型半導体レーザから出射されたレーザ光の一部を検出する光検出素子とを含む光素子の製造方法であって、
面発光型半導体レーザを形成する工程と、
吸収端波長が前記面発光型半導体レーザの発振波長より小さい半導体を用いて、光検出素子を構成するための第１コンタクト層を形成する工程と、
前記面発光型半導体レーザからの光を吸収できる半導体を用いて光吸収層を形成する工程と、を含む。 The manufacturing method of the optical element according to the present invention is as follows:
A method of manufacturing an optical element, comprising: a surface emitting semiconductor laser; and a light detecting element that detects a part of laser light emitted from the surface emitting semiconductor laser,
Forming a surface emitting semiconductor laser;
Forming a first contact layer for constituting a photodetecting element using a semiconductor having an absorption edge wavelength smaller than the oscillation wavelength of the surface emitting semiconductor laser;
Forming a light absorption layer using a semiconductor capable of absorbing light from the surface emitting semiconductor laser.

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

１．光素子の構造
図１は、本発明を適用した実施の形態に係る光素子１００を模式的に示す断面図である。本実施の形態に係る光素子１００は、図１に示すように、基板１０１と、面発光型半導体レーザ１４０と、分離層２０と、光検出素子１２０とを含む。以下、面発光型半導体レーザ１４０、光検出素子１２０、および全体の構成について説明する。 1. Structure of Optical Element FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an optical element 100 according to an embodiment to which the present invention is applied. As shown in FIG. 1, the optical element 100 according to the present embodiment includes a substrate 101, a surface emitting semiconductor laser 140, a separation layer 20, and a light detection element 120. Hereinafter, the surface emitting semiconductor laser 140, the light detection element 120, and the overall configuration will be described.

１．１．光検出素子
光検出素子１２０は、面発光型半導体レーザ１４０から出射されたレーザ光の一部を検出する。光検出素子１２０は後述する分離層２０上に設けられている。光検出素子１２０は、第１コンタクト層１１１と、光吸収層１１２と、第２コンタクト層１１３と、第１電極１１６と、第２電極１１０と、を含む。第１コンタクト層１１１は、分離層２０と同様の平面形状を有することができる。 1.1. Photodetection Element The photodetection element 120 detects a part of the laser light emitted from the surface emitting semiconductor laser 140. The photodetecting element 120 is provided on the separation layer 20 described later. The light detection element 120 includes a first contact layer 111, a light absorption layer 112, a second contact layer 113, a first electrode 116, and a second electrode 110. The first contact layer 111 may have a planar shape similar to that of the separation layer 20.

第１コンタクト層１１１は、吸収端波長が面発光型半導体レーザ１４０の発振波長より小さい半導体からなる。即ち、第１コンタクト層１１１は、面発光型半導体レーザ１４０が発振するレーザ光を吸収しないで透過できる半導体からなる。面発光型半導体レーザ１４０の発振波長とは、面発光型半導体レーザ１４０が発する光のうち、強度が最大となると予想される光の波長をいう。   The first contact layer 111 is made of a semiconductor whose absorption edge wavelength is smaller than the oscillation wavelength of the surface emitting semiconductor laser 140. That is, the first contact layer 111 is made of a semiconductor that can transmit without absorbing the laser light oscillated by the surface emitting semiconductor laser 140. The oscillation wavelength of the surface emitting semiconductor laser 140 refers to the wavelength of light that is expected to have the maximum intensity among the light emitted from the surface emitting semiconductor laser 140.

一例として発振波長が８５０ｎｍの場合について説明する。発振波長が８５０ｎｍの場合には、たとえば第１コンタクト層１１１は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓからなることができる。Ａｌ組成を示すｘは、０．０３５以上０．１５以下であることが好ましい。その理由については、図２を用いて説明する。図２は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓのＡｌ組成に対する依存性を示すグラフである。図２において、横軸はＡｌ組成のｘを示し、縦軸はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓの吸収端波長を示す。図２によれば、Ａｌ組成がｘ１以上で吸収端波長が８５０ｎｍより小さくなる。ｘ１＝０．０３５であるから、ｘは、０．０３５以上であることが好ましい。 As an example, a case where the oscillation wavelength is 850 nm will be described. When the oscillation wavelength is 850 nm, for example, the first contact layer 111 can be made of Al x Ga 1-x As. X representing the Al composition is preferably 0.035 or more and 0.15 or less. The reason will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a graph showing the dependence of Al x Ga 1-x As on the Al composition. In FIG. 2, the horizontal axis represents x of the Al composition, and the vertical axis represents the absorption edge wavelength of Al x Ga 1-x As. According to FIG. 2, smaller absorption edge wavelength than 850nm in Al composition x 1 or more. Since x 1 = 0.035, x is preferably 0.035 or more.

また第１コンタクト層１１１は、第１電極１１６とオーミック接触可能な材料からなることが好ましい。上述したように、第１コンタクト層１１１がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓからなる場合には、ｘがｘ２＝０．１５程度以下であることによって、第１コンタクト層１１１は、第１電極１１６とオーミック接触可能になる。 The first contact layer 111 is preferably made of a material that can make ohmic contact with the first electrode 116. As described above, when the first contact layer 111 is made of Al x Ga 1-x As, the first contact layer 111 has the first electrode 116 because x is about x 2 = 0.15 or less. And ohmic contact is possible.

以上より、第１コンタクト層１１１は、ｎ型（またはｐ型）ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓからなり、ｘは、０．０３５以上０．１５以下であることができる。これにより、第１コンタクト層１１１は、第１電極１１６とオーミック接合することができ、かつ面発光型半導体レーザ１４０が発振する光を吸収しないため、熱の発生を防ぎ、面発光型半導体レーザ１４０の発光特性を良好に維持することができる。特に、第１コンタクト層１１１は、面発光型半導体レーザ１４０の活性層の近傍に設けられていることから、活性層１０３近傍の温度の上昇を効率的に抑えることができる。 As described above, the first contact layer 111 is made of n-type (or p-type) Al x Ga 1-x As, and x can be 0.035 or more and 0.15 or less. As a result, the first contact layer 111 can be in ohmic contact with the first electrode 116 and does not absorb the light oscillated by the surface emitting semiconductor laser 140, thereby preventing the generation of heat and the surface emitting semiconductor laser 140. The light emission characteristics can be maintained well. In particular, since the first contact layer 111 is provided in the vicinity of the active layer of the surface emitting semiconductor laser 140, the temperature increase in the vicinity of the active layer 103 can be efficiently suppressed.

光吸収層１１２は、第１コンタクト層１１１上に形成されている。光吸収層１１２は、面発光型半導体レーザ１４０が発振する波長の光を吸収できる材質であれば特に限定されないが、例えば不純物が導入されていないＧａＡｓ層からなることができる。これにより、８５０ｎｍの光を吸収することができる。   The light absorption layer 112 is formed on the first contact layer 111. The light absorption layer 112 is not particularly limited as long as it is a material capable of absorbing light having a wavelength oscillated by the surface emitting semiconductor laser 140, but may be formed of, for example, a GaAs layer into which impurities are not introduced. Thereby, light of 850 nm can be absorbed.

第２コンタクト層１１３は、光吸収層１１２上に形成されている。第２コンタクト層１１３は、第１コンタクト層１１１と異なる導電型の半導体からなり、第１コンタクト層１１１と同様に、吸収端波長が面発光型半導体レーザ１４０の発振波長より小さい半導体からなることが好ましい。従って、面発光型半導体レーザ１４０の発振波長が８５０ｎｍの場合には、たとえば第２コンタクト層１１３は、ｐ型（またはｎ型）ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓからなることができる。Ａｌ組成を示すｘは、０．０３５以上０．１５以下であることが好ましい。 The second contact layer 113 is formed on the light absorption layer 112. The second contact layer 113 is made of a semiconductor having a conductivity type different from that of the first contact layer 111, and like the first contact layer 111, the second contact layer 113 may be made of a semiconductor having an absorption edge wavelength smaller than the oscillation wavelength of the surface emitting semiconductor laser 140. preferable. Therefore, when the oscillation wavelength of the surface emitting semiconductor laser 140 is 850 nm, the second contact layer 113 can be made of p-type (or n-type) Al x Ga 1-x As, for example. X representing the Al composition is preferably 0.035 or more and 0.15 or less.

光吸収層１１２および第２コンタクト層１１３は、同様の平面形状を有することができ、たとえば円形または矩形等の平面形状を有することができる。   The light absorption layer 112 and the second contact layer 113 may have a similar planar shape, and may have a planar shape such as a circle or a rectangle.

第１電極１１６および第２電極１１０は、光検出素子１２０を駆動するために使用される。第１電極１１６は、第１コンタクト層１１１上に形成されている。第１電極１１６は、平面視において、光吸収層１１２を取り囲むように形成されていてもよい。第１電極１１６は、たとえばリング形状に引き出し部が設けられている平面形状を有してもよい。   The first electrode 116 and the second electrode 110 are used to drive the light detection element 120. The first electrode 116 is formed on the first contact layer 111. The first electrode 116 may be formed so as to surround the light absorption layer 112 in a plan view. The first electrode 116 may have a planar shape in which a lead portion is provided in a ring shape, for example.

第２電極１１０は、第２コンタクト層１１３上に形成されている。第２電極１１０は、第２コンタクト層１１３上の周縁に形成され、開口部を有してもよい。この開口部によって、面発光型半導体レーザ１４０がレーザ光を出射するための出射面１０８が形成される。また、第１電極１１６および第２電極１１０には、それぞれ電極パッドに接続するための引き出し部が形成されていてもよい。   The second electrode 110 is formed on the second contact layer 113. The second electrode 110 may be formed on the periphery of the second contact layer 113 and may have an opening. By this opening, an emission surface 108 for the surface emitting semiconductor laser 140 to emit laser light is formed. Further, the first electrode 116 and the second electrode 110 may be formed with lead portions for connecting to the electrode pads, respectively.

また、光検出素子１２０の周囲には絶縁層４０、３２が形成されていてもよい。絶縁層４０、３２の形状は、図１に示す形状に限定されず、任意の形状をとることができる。   Insulating layers 40 and 32 may be formed around the light detection element 120. The shape of the insulating layers 40 and 32 is not limited to the shape shown in FIG. 1, and can take any shape.

１．２．面発光型半導体レーザ
面発光型半導体レーザ１４０は、基板１０１上に形成されている。面発光型半導体レーザ１４０は、第１ミラー１０２と、活性層１０３と、第２ミラー１０４と、電流狭窄層１０５と、第３電極１０７と、第４電極１０９とを含む。面発光型半導体レーザ１４０は、垂直共振器を有する。第１ミラー１０２と、活性層１０３と、第２ミラー１０４と、電流狭窄層１０５とによって、柱状の半導体堆積体（柱状部１３０）が構成される。柱状部１３０は、面発光型半導体レーザ１４０の共振器として機能する。 1.2. Surface Emitting Semiconductor Laser The surface emitting semiconductor laser 140 is formed on the substrate 101. The surface emitting semiconductor laser 140 includes a first mirror 102, an active layer 103, a second mirror 104, a current confinement layer 105, a third electrode 107, and a fourth electrode 109. The surface emitting semiconductor laser 140 has a vertical resonator. The first mirror 102, the active layer 103, the second mirror 104, and the current confinement layer 105 constitute a columnar semiconductor deposit (columnar portion 130). The columnar section 130 functions as a resonator of the surface emitting semiconductor laser 140.

基板１０１は、たとえばｎ型ＧａＡｓ層からなることができる。第１ミラー１０２は、基板１０１の上面１０１ａに形成される。第１ミラー１０２は、例えば、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層とを交互に積層した３８．５ペアの分布反射型多層膜ミラーからなることができる。なお、基板１０１は、第１ミラー１０２の一部として機能することができる。活性層１０３は、第１ミラー１０２上に形成される。活性層１０３は、たとえばＧａＡｓウェル層とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリア層からなり、ウェル層が３層で構成される量子井戸構造を含むことができる。第２ミラー１０４は、活性層１０３上に形成される。第２ミラー１０４は、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層とを交互に積層した２４ペアの分布反射型多層膜ミラーからなることができる。なお、第１ミラー１０２、活性層１０３、および第２ミラー１０４を構成する各層の組成および層数は特に限定されるわけではない。 The substrate 101 can be made of, for example, an n-type GaAs layer. The first mirror 102 is formed on the upper surface 101 a of the substrate 101. The first mirror 102 is, for example, a 38.5 pair distributed reflection type multilayer mirror in which n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layers and n-type Al 0.1 Ga 0.9 As layers are alternately stacked. Can consist of The substrate 101 can function as a part of the first mirror 102. The active layer 103 is formed on the first mirror 102. The active layer 103 can include a quantum well structure including, for example, a GaAs well layer and an Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer, and the well layer is composed of three layers. The second mirror 104 is formed on the active layer 103. The second mirror 104 may be composed of 24 pairs of distributed reflection multilayer mirrors in which p-type Al 0.9 Ga 0.1 As layers and p-type Al 0.1 Ga 0.9 As layers are alternately stacked. it can. Note that the composition and the number of layers constituting the first mirror 102, the active layer 103, and the second mirror 104 are not particularly limited.

第２ミラー１０４は、例えば炭素（Ｃ）がドーピングされることによりｐ型にされ、第１ミラー１０２は、例えばケイ素（Ｓｉ）がドーピングされることによりｎ型にされている。従って、ｐ型の第２ミラー１０４、不純物がドーピングされていない活性層１０３、およびｎ型の第１ミラー１０２により、ｐｉｎダイオードが形成される。   The second mirror 104 is made p-type by doping carbon (C), for example, and the first mirror 102 is made n-type by doping silicon (Si), for example. Therefore, a pin diode is formed by the p-type second mirror 104, the active layer 103 not doped with impurities, and the n-type first mirror 102.

なお、柱状部１３０の平面形状は、特に限定されないがたとえば円形であることができる。   The planar shape of the columnar section 130 is not particularly limited, but can be, for example, a circular shape.

電流狭窄層１０５は、第２ミラー１０４を構成する層のうち活性層１０３に近い領域に、ＡｌＧａＡｓ層を側面から酸化することにより得られる。この電流狭窄層１０５はリング状に形成されている。すなわち、この電流狭窄層１０５は、基板１０と平行な面で切断した場合における断面形状が、柱状部１３０の平面形状の円形と同心の円のリング状であることができる。   The current confinement layer 105 is obtained by oxidizing the AlGaAs layer from the side surface in a region close to the active layer 103 among the layers constituting the second mirror 104. The current confinement layer 105 is formed in a ring shape. That is, the current confinement layer 105 can have a cross-sectional shape when cut along a plane parallel to the substrate 10 in a ring shape that is concentric with the circular shape of the planar shape of the columnar portion 130.

第３電極１０７および第４電極１０９は、面発光型半導体レーザ１４０を駆動するために使用される。第３電極１０７は、基板１０１の下面１０１ｂに形成されている。第４電極１０９は、第２ミラー１０４上に形成されている。   The third electrode 107 and the fourth electrode 109 are used for driving the surface emitting semiconductor laser 140. The third electrode 107 is formed on the lower surface 101 b of the substrate 101. The fourth electrode 109 is formed on the second mirror 104.

また、柱状部１３０の周囲には絶縁層３０が形成されていてもよい。絶縁層３０の形状は、図１に示す形状に限定されず、任意の形状をとることができる。   An insulating layer 30 may be formed around the columnar portion 130. The shape of the insulating layer 30 is not limited to the shape shown in FIG. 1, and can take any shape.

１．３．分離層
本実施の形態の光素子１００においては、面発光型半導体レーザ１４０上に分離層２０が形成されている。すなわち、分離層２０は、面発光型半導体レーザ１４０と光検出素子１２０との間に設けられている。具体的には、図１に示すように、分離層２０は、第２ミラー１０４上に形成されている。すなわち、分離層２０は、第２ミラー１０４と第１コンタクト層１１１との間に設けられている。 1.3. Separation Layer In the optical element 100 of the present embodiment, the separation layer 20 is formed on the surface emitting semiconductor laser 140. That is, the separation layer 20 is provided between the surface emitting semiconductor laser 140 and the light detection element 120. Specifically, as shown in FIG. 1, the separation layer 20 is formed on the second mirror 104. That is, the separation layer 20 is provided between the second mirror 104 and the first contact layer 111.

分離層２０は、高抵抗層または絶縁層からなることができる。また分離層２０は、面発光型半導体レーザ１４０が発振する光を透過できる材質からなることが好ましく、吸収端波長が面発光型半導体レーザ１４０の発振波長より小さい半導体からなってもよい。分離層２０は、たとえば不純物をドーピングしていない半絶縁性の高Ａｌ組成のＡｌＧａＡｓ層を第２ミラー１０４上にエピタキシャル成長により積層することにより形成される。ここで、高Ａｌ組成のＡｌＧａＡｓ層とは、たとえばＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層である。分離層２０は、Ａｌが含まれていることにより、酸化されることができる。よって、分離層２０は、酸化されることにより、絶縁膜となることができる。 The separation layer 20 can be made of a high resistance layer or an insulating layer. The separation layer 20 is preferably made of a material that can transmit light oscillated by the surface emitting semiconductor laser 140, and may be made of a semiconductor having an absorption edge wavelength smaller than the oscillation wavelength of the surface emitting semiconductor laser 140. The isolation layer 20 is formed by, for example, laminating a semi-insulating high Al composition AlGaAs layer not doped with impurities on the second mirror 104 by epitaxial growth. Here, the AlGaAs layer having a high Al composition is, for example, an Al 0.9 Ga 0.1 As layer. The separation layer 20 can be oxidized by containing Al. Therefore, the isolation layer 20 can become an insulating film by being oxidized.

分離層２０は、平面視において、第１コンタクト層１１１と同様の形状であることができ、その形状は特に限定されないが、たとえば円形であることができる。分離層２０の平面形状は、第１コンタクト層１１１の平面形状よりも大きく形成することもできる。   The separation layer 20 can have the same shape as the first contact layer 111 in plan view, and the shape is not particularly limited, but can be, for example, a circle. The planar shape of the separation layer 20 can be formed larger than the planar shape of the first contact layer 111.

このように分離層２０を設けることにより、光検出素子１２０と面発光型半導体レーザ１４０とが電気的および光学的に分離されることができる。   By providing the separation layer 20 in this manner, the light detection element 120 and the surface emitting semiconductor laser 140 can be separated electrically and optically.

１．４．全体の構成
本実施の形態に係る光素子１００においては、面発光型半導体レーザ１４０のｎ型第１ミラー１０２およびｐ型第２ミラー１０４、ならびに光検出素子１２０のｎ型第１コンタクト層１１１およびｐ型第２コンタクト層１１３から、全体としてｎｐｎｐ構造が構成される。 1.4. Overall Configuration In the optical device 100 according to the present embodiment, the n-type first mirror 102 and the p-type second mirror 104 of the surface emitting semiconductor laser 140 and the n-type first contact layer 111 of the photodetecting device 120 and The p-type second contact layer 113 forms an npnp structure as a whole.

２．光素子の動作
本実施の形態にかかる光素子１００の一般的な動作を以下に示す。なお、下記の光素子１００の駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。 2. Operation of Optical Element A general operation of the optical element 100 according to the present embodiment will be described below. The following driving method of the optical element 100 is an example, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

光検出素子１２０は、面発光型半導体レーザ１４０で生じた光の出力をモニタする機能を有する。具体的には、光検出素子１２０は、面発光型半導体レーザ１４０で生じた光を電流に変換する。この電流の値によって、面発光型半導体レーザ１４０で生じた光の出力が検知される。より具体的には、以下の通りである。   The light detection element 120 has a function of monitoring the output of light generated by the surface emitting semiconductor laser 140. Specifically, the light detection element 120 converts light generated by the surface emitting semiconductor laser 140 into a current. The output of light generated by the surface emitting semiconductor laser 140 is detected by the value of this current. More specifically, it is as follows.

まず、第３電極１０７と第４電極１０９とで、ｐｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、面発光型半導体レーザ１４０の活性層１０３において、電子と正孔との再結合が起こり、該再結合による発光が生じる。そこで生じた光が第２ミラー１０４と第１ミラー１０２との間を往復する際に誘導放出が起こり、光の強度が増幅される。光利得が光損失を上まわると、レーザ発振が起こり、第１ミラー１０２の下面からレーザ光が出射し、光検出素子１２０の第１コンタクト層１１１へと入射する。   First, when a forward voltage is applied to the pin diode between the third electrode 107 and the fourth electrode 109, recombination of electrons and holes occurs in the active layer 103 of the surface-emitting type semiconductor laser 140, and the recombination occurs. Luminescence occurs due to bonding. Stimulated emission occurs when the generated light reciprocates between the second mirror 104 and the first mirror 102, and the light intensity is amplified. When the optical gain exceeds the optical loss, laser oscillation occurs, and laser light is emitted from the lower surface of the first mirror 102 and is incident on the first contact layer 111 of the light detection element 120.

次に、光検出素子１２０において、第１コンタクト層１１１に入射した光は、第１コンタクト層１１１を透過して、光吸収層１１２に入射する。この入射光の一部が光吸収層１１２にて吸収される結果、光吸収層１１２において光励起が生じ、電子および正孔が生じる。そして、素子外部から印加された電界により、電子は第１電極１１６に、正孔は第２電極１１０にそれぞれ移動し、電流（光電流）が生じる。この電流の値を測定することにより、面発光型半導体レーザ１４０の光出力を検知することができる。   Next, in the light detection element 120, the light incident on the first contact layer 111 passes through the first contact layer 111 and enters the light absorption layer 112. As a result of a part of the incident light being absorbed by the light absorption layer 112, photoexcitation occurs in the light absorption layer 112, and electrons and holes are generated. Then, due to the electric field applied from the outside of the element, electrons move to the first electrode 116 and holes move to the second electrode 110, and a current (photocurrent) is generated. By measuring the value of this current, the light output of the surface emitting semiconductor laser 140 can be detected.

また、面発光型半導体レーザ１４０の光出力は、主として面発光型半導体レーザ１４０に印加するバイアス電圧によって決定される。特に、面発光型半導体レーザ１４０の光出力は、面発光型半導体レーザ１４０の周囲温度や面発光型半導体レーザ１４０の寿命によって大きく変化する。よって、上述したように、第１コンタクト層１１１および第２コンタクト層１１３が、吸収端波長が面発光型半導体レーザ１４０の発振波長より小さい半導体からなることにより、面発光型半導体レーザ１４０の周囲温度の上昇を抑制し、面発光型半導体レーザ１４０の光出力を一定の値に維持することができる。   The light output of the surface emitting semiconductor laser 140 is determined mainly by the bias voltage applied to the surface emitting semiconductor laser 140. In particular, the optical output of the surface emitting semiconductor laser 140 varies greatly depending on the ambient temperature of the surface emitting semiconductor laser 140 and the lifetime of the surface emitting semiconductor laser 140. Therefore, as described above, the first contact layer 111 and the second contact layer 113 are made of a semiconductor whose absorption edge wavelength is smaller than the oscillation wavelength of the surface emitting semiconductor laser 140, so that the ambient temperature of the surface emitting semiconductor laser 140 is increased. And the light output of the surface emitting semiconductor laser 140 can be maintained at a constant value.

本実施の形態に係る光素子１００では、面発光型半導体レーザ１４０の光出力をモニタし、光検出素子１５０にて発生した電流の値に基づいて面発光型半導体レーザ１４０に印加する電圧値を調整することによって、面発光型半導体レーザ１４０内を流れる電流の値を調整することができる。面発光型半導体レーザ１４０の光出力を面発光型半導体レーザ１４０に印加する電圧値にフィードバックする制御は、外部電子回路（駆動回路；図示せず）を用いて実施することができる。   In the optical element 100 according to the present embodiment, the light output of the surface-emitting type semiconductor laser 140 is monitored, and the voltage value applied to the surface-emitting type semiconductor laser 140 based on the value of the current generated in the photodetecting element 150 By adjusting, the value of the current flowing in the surface emitting semiconductor laser 140 can be adjusted. Control for feeding back the optical output of the surface-emitting type semiconductor laser 140 to the voltage value applied to the surface-emitting type semiconductor laser 140 can be performed using an external electronic circuit (drive circuit; not shown).

３．光素子の製造方法
次に、本発明を適用した実施の形態に係る光素子１００の製造方法の一例について説明する。 3. Next, an example of a method for manufacturing the optical element 100 according to the embodiment to which the present invention is applied will be described.

（１）まず、ｎ型ＧａＡｓ層からなる基板１０１の表面１０１ａに、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、半導体多層膜を形成する。ここで、半導体多層膜は、例えば、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層とを交互に積層した３８．５ペアの第１ミラー１０２、ＧａＡｓウェル層とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリア層からなり、ウェル層が３層で構成される量子井戸構造を含む活性層１０３、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層とを交互に積層した２４ペアの第２ミラー１０４、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層からなる分離層２０、ｎ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ層からなる第１コンタクト層１１１、不純物がドーピングされていないＧａＡｓ層からなる光吸収層１１２、ｐ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ層からなる第２コンタクト層１１３からなる。これらの層を順に基板１０１上に積層させることにより、半導体多層膜が形成される。 (1) First, a semiconductor multilayer film is formed on the surface 101a of the substrate 101 made of an n-type GaAs layer by epitaxial growth while modulating the composition. Here, the semiconductor multilayer film is, for example, a 38.5 pair of first mirrors 102 in which n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layers and n-type Al 0.1 Ga 0.9 As layers are alternately stacked. An active layer 103 including a quantum well structure including a GaAs well layer and an Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer, and the well layer is composed of three layers; a p-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer; 24 pairs of second mirrors 104 alternately stacked with p-type Al 0.1 Ga 0.9 As layers, separation layers 20 made of Al 0.9 Ga 0.1 As layers, n-type Al 0.12 Ga 0 A first contact layer 111 made of a .88 As layer, a light absorption layer 112 made of a GaAs layer not doped with impurities, and a second contact layer 113 made of a p-type Al 0.12 Ga 0.88 As layer. By laminating these layers on the substrate 101 in order, a semiconductor multilayer film is formed.

なお、第２ミラー１０４を成長させる際に、活性層１０３近傍の少なくとも１層を、後に酸化されて電極狭窄層１０５となるＡｌＡｓ層またはＡｌＧａＡｓ層に形成することができる。この電流狭窄層１０５となるＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成は、例えば０．９５以上である。本実施の形態において、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成とは、３族元素に対するアルミニウム（Ａｌ）の組成である。ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成は、０から１までである。すなわち、ＡｌＧａＡｓ層は、ＧａＡｓ層（Ａｌ組成が０の場合）およびＡｌＡｓ層（Ａｌ組成が１の場合）を含む。   When the second mirror 104 is grown, at least one layer in the vicinity of the active layer 103 can be formed on an AlAs layer or an AlGaAs layer that is oxidized later and becomes the electrode constriction layer 105. The Al composition of the AlGaAs layer that becomes the current confinement layer 105 is, for example, 0.95 or more. In the present embodiment, the Al composition of the AlGaAs layer is the composition of aluminum (Al) with respect to the group 3 element. The Al composition of the AlGaAs layer is from 0 to 1. That is, the AlGaAs layer includes a GaAs layer (when the Al composition is 0) and an AlAs layer (when the Al composition is 1).

また、第２ミラー１０４の最上層１４は、Ａｌ組成が０．３未満のＡｌＧａＡｓ層であることが好ましく、たとえばｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層であることが好ましい。 The uppermost layer 14 of the second mirror 104 is preferably an AlGaAs layer having an Al composition of less than 0.3, for example, a p-type Al 0.1 Ga 0.9 As layer.

エピタキシャル成長を行う際の温度は、成長方法や原料、基板１０１の種類、あるいは形成する半導体多層膜の種類、厚さ、およびキャリア密度によって適宜決定されるが、一般に、４５０℃〜８００℃であるのが好ましい。また、エピタキシャル成長を行う際の所要時間も、温度と同様に適宜決定される。また、エピタキシャル成長させる方法としては、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法や、ＭＢＥ法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、あるいはＬＰＥ法（Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）を用いることができる。   The temperature at which the epitaxial growth is performed is appropriately determined depending on the growth method, the raw material, the type of the substrate 101, or the type, thickness, and carrier density of the semiconductor multilayer film to be formed, but is generally 450 ° C. to 800 ° C. Is preferred. Further, the time required for performing the epitaxial growth is also appropriately determined in the same manner as the temperature. As a method for epitaxial growth, a metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE) method, an MBE method (Molecular Beam Epitaxy) method, or an LPE method (Liquid Phase Epitaxy) can be used.

（２）次に、公知のリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、半導体多層膜を所望の形状にパターニングする。これにより、柱状部１３０、分離層２０および第１コンタクト層１１１、光吸収層１１２、および第２コンタクト層１１３が形成される。このパターニング工程では、各層の形成順序は特に限定されない。   (2) Next, the semiconductor multilayer film is patterned into a desired shape using a known lithography technique and etching technique. Thereby, the columnar section 130, the separation layer 20, the first contact layer 111, the light absorption layer 112, and the second contact layer 113 are formed. In this patterning step, the order of forming each layer is not particularly limited.

なお、分離層２０は、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層からなることから、第２ミラー１０４の最上層１４との選択エッチングが可能である。たとえば、エッチャントとして、希フッ酸（ＨＦ＋Ｈ２Ｏ）やバッファードフッ酸（ＮＨ４Ｆ＋Ｈ２Ｏ）などを用いることにより、第２ミラー１０４の最上層１４のエッチング速度を遅くすることができる。 Since the separation layer 20 is made of an Al 0.9 Ga 0.1 As layer, it can be selectively etched with the uppermost layer 14 of the second mirror 104. For example, by using dilute hydrofluoric acid (HF + H 2 O), buffered hydrofluoric acid (NH 4 F + H 2 O), or the like as the etchant, the etching rate of the uppermost layer 14 of the second mirror 104 can be reduced.

（３）次いで、例えば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、基板１０１を投入することにより、前述の第２ミラー１０４中のＡｌ組成が高い層および分離層２０を側面から酸化することができる。   (3) Next, by putting the substrate 101 into a water vapor atmosphere at about 400 ° C., for example, the layer having a high Al composition and the separation layer 20 in the second mirror 104 can be oxidized from the side surface.

酸化レートは、炉の温度、水蒸気の供給量、酸化すべき層のＡｌ組成および膜厚に依存する。酸化により形成される電流狭窄層１０５を備えた面発光型半導体レーザ１４０では、駆動する際に、電流狭窄層１０５が形成されていない部分（酸化されていない部分）のみに電流が流れる。従って、酸化によって電流狭窄層１０５を形成する工程において、形成する電流狭窄層１０５の範囲を制御することにより、電流密度の制御が可能となる。なお、分離層２０の膜厚は、電流狭窄層１０５を形成するための膜厚より厚いことが好ましい。   The oxidation rate depends on the furnace temperature, the amount of steam supplied, the Al composition of the layer to be oxidized and the film thickness. In the surface emitting semiconductor laser 140 including the current confinement layer 105 formed by oxidation, current flows only in a portion where the current confinement layer 105 is not formed (a portion not oxidized) during driving. Therefore, in the step of forming the current confinement layer 105 by oxidation, the current density can be controlled by controlling the range of the current confinement layer 105 to be formed. Note that the thickness of the separation layer 20 is preferably larger than the thickness for forming the current confinement layer 105.

（４）次いで、第１電極１１６、第２電極１１０、第３電極１０７、および第４電極１０９が形成される。具体的には以下のとおりである。   (4) Next, the first electrode 116, the second electrode 110, the third electrode 107, and the fourth electrode 109 are formed. Specifically, it is as follows.

まず、各電極を形成する前に、必要に応じて、プラズマ処理法等を用いて、電極の形成領域を洗浄する。これにより、より安定した特性の素子を形成することができる。   First, before forming each electrode, the electrode formation region is cleaned using a plasma treatment method or the like, if necessary. Thereby, an element having more stable characteristics can be formed.

次いで、例えば真空蒸着法により、電極用導電性材料の単層または積層膜（図示せず）を形成する。次に、公知のリフトオフ技術を用いて、所定の位置以外の積層膜を除去することで、所望の領域に電極を形成することができる。   Next, a single layer or a laminated film (not shown) of the conductive material for electrodes is formed by, for example, a vacuum deposition method. Next, an electrode can be formed in a desired region by removing a laminated film other than a predetermined position using a known lift-off technique.

次いで、必要に応じて、たとえば窒素雰囲気中において、アニール処理を行う。アニール処理の温度は、例えば４００℃前後で行う。アニール処理の時間は、例えば３分程度行う。   Next, an annealing process is performed as necessary, for example, in a nitrogen atmosphere. The annealing temperature is about 400 ° C., for example. The annealing process is performed for about 3 minutes, for example.

以上の工程を、電極ごとに行っても良いし、複数の電極を同時に形成してもよい。なお、第２電極１１０および第４電極１０９は、例えば金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）の合金、および金（Ａｕ）の積層膜によって形成される。第１電極１１６および第３電極１０７は、たとえば白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）および金（Ａｕ）の積層膜によって形成される。なお、電極の材質は、上記のものに限定されず、公知の金属、合金、あるいはそれらの積層膜を用いることができる。   The above steps may be performed for each electrode, or a plurality of electrodes may be formed simultaneously. The second electrode 110 and the fourth electrode 109 are formed of, for example, an alloy of gold (Au) and germanium (Ge), and a stacked film of gold (Au). The first electrode 116 and the third electrode 107 are formed of, for example, a laminated film of platinum (Pt), titanium (Ti), and gold (Au). The material of the electrode is not limited to the above, and a known metal, alloy, or a laminated film thereof can be used.

以上の工程により、本実施形態の光素子１００が得られる。   The optical element 100 of this embodiment is obtained by the above process.

４．実験例
本実施の形態にかかる製造方法を用いて製造された光素子に、３Ｖの逆バイアスを印加して、光検出素子からのモニタ電流および面発光型半導体レーザの活性層温度を測定した。測定は、第１コンタクト層として、ｎ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ層を適用した場合と、比較例としてのｎ型ＧａＡｓ層を適用した場合とについて行った。 4). Experimental Example A reverse bias of 3 V was applied to the optical element manufactured by using the manufacturing method according to the present embodiment, and the monitor current from the light detection element and the active layer temperature of the surface emitting semiconductor laser were measured. The measurement was performed when an n-type Al 0.12 Ga 0.88 As layer was applied as the first contact layer and when an n-type GaAs layer as a comparative example was applied.

図３は、モニタ電流特性を示すグラフであり、図４は、面発光型半導体レーザの活性層温度を示すグラフである。図３において、横軸は面発光型半導体レーザの駆動電流を示し、縦軸は、光検出素子で検出されるモニタ電流値を示す。図３によれば、第１コンタクト層としてｎ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ層を適用することによって、ｎ型ＧａＡｓ層を適用した場合に比べて、光吸収量が抑制されたことが確認された。 FIG. 3 is a graph showing the monitor current characteristics, and FIG. 4 is a graph showing the active layer temperature of the surface emitting semiconductor laser. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the driving current of the surface emitting semiconductor laser, and the vertical axis indicates the monitor current value detected by the light detection element. According to FIG. 3, the light absorption amount is suppressed by applying the n-type Al 0.12 Ga 0.88 As layer as the first contact layer compared to the case where the n-type GaAs layer is applied. confirmed.

図４において、横軸は面発光型半導体レーザの駆動電流を示し、縦軸は活性層温度を示す。図４によれば、第１コンタクト層としてｎ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ層を適用することによって、ｎ型ＧａＡｓ層を適用した場合に比べて、面発光型半導体レーザの活性層温度の上昇を抑制できることが確認された。 In FIG. 4, the horizontal axis indicates the driving current of the surface emitting semiconductor laser, and the vertical axis indicates the active layer temperature. According to FIG. 4, by applying an n-type Al 0.12 Ga 0.88 As layer as the first contact layer, the active layer temperature of the surface-emitting semiconductor laser is higher than when an n-type GaAs layer is applied. It was confirmed that the rise of the can be suppressed.

さらに、本実施の形態にかかる製造方法を用いて製造された光素子に、３Ｖの逆バイアスを印加して、光検出素子で検出されるモニタ電流および面発光型半導体レーザの光出力の温度に対する変動を測定した。測定は、第１コンタクト層として、ｎ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ層を適用した場合と、比較例としてのｎ型ＧａＡｓ層を適用した場合とについて行った。図５は、モニタ電流および光出力の温度変動依存性を示すグラフである。図５によれば、第１コンタクト層としてｎ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ層を適用することによって、ｎ型ＧａＡｓ層を適用した場合に比べて、モニタ電流および光出力の温度に対する変動を抑制できることが確認された。 Furthermore, a reverse bias of 3 V is applied to the optical element manufactured by using the manufacturing method according to the present embodiment, and the monitor current detected by the light detection element and the light output temperature of the surface emitting semiconductor laser are detected. Variation was measured. The measurement was performed when an n-type Al 0.12 Ga 0.88 As layer was applied as the first contact layer and when an n-type GaAs layer as a comparative example was applied. FIG. 5 is a graph showing the temperature fluctuation dependence of the monitor current and the optical output. According to FIG. 5, by applying the n-type Al 0.12 Ga 0.88 As layer as the first contact layer, the variation of the monitor current and the optical output with respect to the temperature compared to the case where the n-type GaAs layer is applied. It was confirmed that it can be suppressed.

５．変形例
次に図６を用いて本実施の形態にかかる変形例について説明する。上述した光素子１００では、光検出素子１２０が面発光型半導体レーザ１４０の上方に形成されているが、変形例にかかる光素子２００では、光検出素子１５０が面発光型半導体レーザ１４０の下方に形成されている点で光素子１００と異なる。光素子２００の構成について以下に説明する。 5. Modified Example Next, a modified example according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In the optical element 100 described above, the light detection element 120 is formed above the surface emitting semiconductor laser 140. However, in the optical element 200 according to the modification, the light detection element 150 is located below the surface emitting semiconductor laser 140. It differs from the optical element 100 in that it is formed. The configuration of the optical element 200 will be described below.

図６は、変形例にかかる光素子２００を模式的に示す断面図である。光素子２００は、光検出素子１５０と、面発光型半導体レーザ１４２とを含む。以下、光検出素子１５０および面発光型半導体レーザ１４２について説明する。   FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing an optical element 200 according to a modification. The optical element 200 includes a light detection element 150 and a surface emitting semiconductor laser 142. Hereinafter, the light detection element 150 and the surface emitting semiconductor laser 142 will be described.

５．１．光検出素子
光検出素子１５０は、面発光型半導体レーザ１４２から出射されたレーザ光の一部を検出する。光検出素子１５０は、第２コンタクト層（基板）１０１と、光吸収層１５１と、第１コンタクト層１５２と、第２電極１５４と、第１電極１５３とを含む。 5.1. Light Detection Element The light detection element 150 detects a part of the laser light emitted from the surface emitting semiconductor laser 142. The light detection element 150 includes a second contact layer (substrate) 101, a light absorption layer 151, a first contact layer 152, a second electrode 154, and a first electrode 153.

第２コンタクト層１０１は、たとえばｎ型ＧａＡｓ層からなることができる。光吸収層１５１は、第２コンタクト層１０１上に形成されている。光吸収層１５１は、面発光型半導体レーザ１４２が発振する波長の光を吸収できる材質であれば特に限定されないが、例えば不純物が導入されていないＧａＡｓ層からなることができる。これにより、８５０ｎｍの光を吸収することができる。   The second contact layer 101 can be made of, for example, an n-type GaAs layer. The light absorption layer 151 is formed on the second contact layer 101. The light absorption layer 151 is not particularly limited as long as it is a material capable of absorbing light having a wavelength oscillated by the surface emitting semiconductor laser 142, and may be formed of, for example, a GaAs layer into which impurities are not introduced. Thereby, light of 850 nm can be absorbed.

第１コンタクト層１５２は、吸収端波長が面発光型半導体レーザ１４２の発振波長より小さい半導体からなる。即ち、第１コンタクト層１５２は、面発光型半導体レーザ１４２が発振するレーザ光を吸収しないで透過できる半導体からなる。   The first contact layer 152 is made of a semiconductor whose absorption edge wavelength is smaller than the oscillation wavelength of the surface emitting semiconductor laser 142. That is, the first contact layer 152 is made of a semiconductor that can transmit without absorbing the laser light oscillated by the surface emitting semiconductor laser 142.

一例として発振波長が８５０ｎｍの場合について説明する。発振波長が８５０ｎｍの場合には、たとえば第１コンタクト層１５２は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓからなることができる。Ａｌ組成を示すｘは、０．０３５以上０．１５以下であることが好ましい。 As an example, a case where the oscillation wavelength is 850 nm will be described. When the oscillation wavelength is 850 nm, for example, the first contact layer 152 can be made of Al x Ga 1-x As. X representing the Al composition is preferably 0.035 or more and 0.15 or less.

また第１コンタクト層１５２は、第２コンタクト層１０１と異なる導電型の半導体からなり、かつ第１電極１５３とオーミック接触可能な材料からなることが好ましい。上述したように、第１コンタクト層１５２がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓからなる場合には、ｘがｘ２＝０．１５程度以下であることによって、第１コンタクト層１５２は、第１電極１５３とオーミック接触可能になる。第１コンタクト層１５２は、たとえば炭素（Ｃ）がドーピングされることによりｐ型にされている。 The first contact layer 152 is preferably made of a semiconductor having a conductivity type different from that of the second contact layer 101 and made of a material capable of ohmic contact with the first electrode 153. As described above, when the first contact layer 152 is made of Al x Ga 1-x As, the first contact layer 152 has the first electrode 153 because x is about x 2 = 0.15 or less. And ohmic contact is possible. The first contact layer 152 is made p-type by doping carbon (C), for example.

以上より、第１コンタクト層１５２は、ｐ型（またはｎ型）ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓからなり、ｘは、０．０３５以上０．１５以下であることができる。これにより、第１コンタクト層１５２は、第１電極１５３とオーミック接合することができ、かつ面発光型半導体レーザ１４２が発する光を吸収しないため、熱の発生を防ぎ、面発光型半導体レーザ１４２の発光特性を良好に維持することができる。 As described above, the first contact layer 152 is made of p-type (or n-type) Al x Ga 1-x As, and x can be 0.035 or more and 0.15 or less. As a result, the first contact layer 152 can be in ohmic contact with the first electrode 153 and does not absorb the light emitted from the surface emitting semiconductor laser 142, thereby preventing the generation of heat and the surface emitting semiconductor laser 142. The light emission characteristics can be maintained well.

第１電極１５３および第２電極１５４は、光検出素子１５０を駆動するために使用される。第１電極１５３は、第１コンタクト層１５２上に形成されている。第１電極１５３は、たとえばリング形状に引き出し部が設けられている平面形状を有してもよい。第２電極１５４は、第２コンタクト層１０１の下面に形成されている。   The first electrode 153 and the second electrode 154 are used to drive the light detection element 150. The first electrode 153 is formed on the first contact layer 152. The first electrode 153 may have a planar shape in which a lead portion is provided in a ring shape, for example. The second electrode 154 is formed on the lower surface of the second contact layer 101.

５．２．面発光型半導体レーザ
面発光型半導体レーザ１４２は、第１コンタクト層１５２上に形成されている。面発光型半導体レーザ１４２は、第３コンタクト層１４４と、第１ミラー１０２と、活性層１０３と、第２ミラー１０４と、電流狭窄層１０５と、第３電極１０７と、第４電極１０９とを含む。 5.2. Surface-emitting type semiconductor laser The surface-emitting type semiconductor laser 142 is formed on the first contact layer 152. The surface emitting semiconductor laser 142 includes a third contact layer 144, a first mirror 102, an active layer 103, a second mirror 104, a current confinement layer 105, a third electrode 107, and a fourth electrode 109. Including.

第３コンタクト層１４４は、第１コンタクト層１５２上に形成されている。第３コンタクト層１４４は、たとえばｎ型ＧａＡｓ層からなることができる。第１ミラー１０２は、第３コンタクト層１４４上に形成される。第１ミラー１０２は、例えば、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層とを交互に積層した３８．５ペアの分布反射型多層膜ミラーからなることができる。 The third contact layer 144 is formed on the first contact layer 152. The third contact layer 144 can be composed of, for example, an n-type GaAs layer. The first mirror 102 is formed on the third contact layer 144. The first mirror 102 is, for example, a 38.5 pair distributed reflection type multilayer mirror in which n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layers and n-type Al 0.1 Ga 0.9 As layers are alternately stacked. Can consist of

活性層１０３は、第１ミラー１０２上に形成される。活性層１０３は、たとえばＧａＡｓウェル層とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリア層からなり、ウェル層が３層で構成される量子井戸構造を含むことができる。第２ミラー１０４は、活性層１０３上に形成される。第２ミラー１０４は、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層とを交互に積層した２４ペアの分布反射型多層膜ミラーからなることができる。なお、第１ミラー１０２、活性層１０３、および第２ミラー１０４を構成する各層の組成および層数は特に限定されるわけではない。 The active layer 103 is formed on the first mirror 102. The active layer 103 can include a quantum well structure including, for example, a GaAs well layer and an Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer, and the well layer is composed of three layers. The second mirror 104 is formed on the active layer 103. The second mirror 104 may be composed of 24 pairs of distributed reflection multilayer mirrors in which p-type Al 0.9 Ga 0.1 As layers and p-type Al 0.1 Ga 0.9 As layers are alternately stacked. it can. Note that the composition and the number of layers constituting the first mirror 102, the active layer 103, and the second mirror 104 are not particularly limited.

第２ミラー１０４は、例えば炭素（Ｃ）がドーピングされることによりｐ型にされ、第１ミラー１０２は、例えばケイ素（Ｓｉ）がドーピングされることによりｎ型にされている。従って、ｐ型の第２ミラー１０４、不純物がドーピングされていない活性層１０３、およびｎ型の第１ミラー１０２により、ｐｉｎダイオードが形成される。   The second mirror 104 is made p-type by doping carbon (C), for example, and the first mirror 102 is made n-type by doping silicon (Si), for example. Therefore, a pin diode is formed by the p-type second mirror 104, the active layer 103 not doped with impurities, and the n-type first mirror 102.

なお、柱状部１３０の平面形状は、特に限定されないがたとえば円形であることができる。   The planar shape of the columnar section 130 is not particularly limited, but can be, for example, a circular shape.

電流狭窄層１０５は、第２ミラー１０４を構成する層のうち活性層１０３に近い領域に、ＡｌＧａＡｓ層を側面から酸化することにより得られる。この電流狭窄層１０５はリング状に形成されている。   The current confinement layer 105 is obtained by oxidizing the AlGaAs layer from the side surface in a region close to the active layer 103 among the layers constituting the second mirror 104. The current confinement layer 105 is formed in a ring shape.

第３電極１０７および第４電極１０９は、面発光型半導体レーザ１４０を駆動するために使用される。第３電極１０７は、第３コンタクト層１４４上に形成されている。第４電極１０９は、第２ミラー１０４上に形成されている。第４電極１０９は、リング状を有し、その開口部によって出射面１０８が形成される。   The third electrode 107 and the fourth electrode 109 are used for driving the surface emitting semiconductor laser 140. The third electrode 107 is formed on the third contact layer 144. The fourth electrode 109 is formed on the second mirror 104. The fourth electrode 109 has a ring shape, and the emission surface 108 is formed by the opening.

なお、第３電極１０７および第１電極１５３の上面には、共通電極１６０が形成されている。   A common electrode 160 is formed on the upper surfaces of the third electrode 107 and the first electrode 153.

５．３．全体の構成
変形例にかかる光素子２００においては、光検出素子１５０の第２コンタクト層１０１と、第１コンタクト層１５２と、第３コンタクト層１４４および第１ミラー１０２と、第２ミラー１０４とによって、全体としてｎｐｎｐ構造が構成される。また光検出素子１５０は、ｐｉｎフォトダイオードとして機能する。 5.3. Overall Configuration In the optical element 200 according to the modification, the second contact layer 101, the first contact layer 152, the third contact layer 144, the first mirror 102, and the second mirror 104 of the photodetecting element 150 are used. As a whole, an npnp structure is formed. The photodetecting element 150 functions as a pin photodiode.

５．４．光素子の動作
変形例にかかる光素子２００において、面発光型半導体レーザ１４０は、上方および下方の双方から光を発振する。光検出素子１５０は、面発光型半導体レーザ１４０の下方から発振した光をモニタする機能を有する。光検出素子１５０の具体的な検出動作については、上述した光検出素子１２０と同様であるので説明を省略する。 5.4. Operation of Optical Element In the optical element 200 according to the modification, the surface emitting semiconductor laser 140 oscillates light from both above and below. The light detection element 150 has a function of monitoring light oscillated from below the surface emitting semiconductor laser 140. Since the specific detection operation of the light detection element 150 is the same as that of the light detection element 120 described above, the description thereof is omitted.

変形例にかかる光素子２００の構成は、以上であるが、他の構成および製造方法については、上述した光素子１００の構成および製造方法と共通するので説明を省略する。   The configuration of the optical element 200 according to the modification is as described above, but other configurations and manufacturing methods are the same as the configuration and manufacturing method of the optical element 100 described above, and thus the description thereof is omitted.

６．本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、さらなる種々の変形が可能である。また本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。   6). The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. Further, the invention includes substantially the same configuration (for example, a configuration having the same function, method, and result, or a configuration having the same purpose and result) as the configuration described in the embodiment. In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that achieves the same effect as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

本実施の形態にかかる光素子を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the optical element concerning this Embodiment. ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓの吸収端波長のＡｌ組成に対する依存性を示す図。Shows the dependence of the Al composition of the absorption edge wavelength of the Al x Ga 1-x As. 本実施の形態にかかる光素子のモニタ電流特性を示す図。The figure which shows the monitor current characteristic of the optical element concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる光素子の活性層温度を示す図。The figure which shows the active layer temperature of the optical element concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる光素子のモニタ電流および光出力の温度変動依存性を示す図。The figure which shows the temperature fluctuation dependence of the monitor current and optical output of the optical element concerning this Embodiment. 変形例にかかる光素子を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the optical element concerning a modification.

符号の説明Explanation of symbols

２０ 分離層、３０，３２，４０ 絶縁層、１００ 光素子、１０１ 基板、１０２ 第１ミラー、１０３ 活性層、１０４ 第２ミラー、１０５ 電流狭窄層、１０７ 第３電極、１０８ 出射面、１０９ 第４電極、１１０ 第２電極、１１１ 第１コンタクト層、１１２ 光吸収層、１１３ 第２コンタクト層、１１６ 第１電極、１２０ 光検出素子、１３０ 柱状部、１４０、１４２ 面発光型半導体レーザ、１５０ 光検出素子、１５２ 第１コンタクト層、１５３ 第１電極、１５４ 第２電極、１６０ 共通電極 20 Separating layer, 30, 32, 40 Insulating layer, 100 Optical element, 101 Substrate, 102 First mirror, 103 Active layer, 104 Second mirror, 105 Current confinement layer, 107 Third electrode, 108 Output surface, 109 Fourth Electrode, 110 Second electrode, 111 First contact layer, 112 Light absorption layer, 113 Second contact layer, 116 First electrode, 120 Photodetection element, 130 Columnar part, 140, 142 Surface emitting semiconductor laser, 150 Photodetection Element, 152 First contact layer, 153 First electrode, 154 Second electrode, 160 Common electrode

Claims (12)

面発光型半導体レーザと、
前記面発光型半導体レーザから出射されたレーザ光の一部を検出する光検出素子と、
を含み、
前記光検出素子は、光吸収層及び第１コンタクト層を有し、
前記第１コンタクト層は、吸収端波長が前記面発光型半導体レーザの発振波長より小さい半導体からなる、光素子。 A surface emitting semiconductor laser;
A light detecting element for detecting a part of the laser light emitted from the surface emitting semiconductor laser;
Including
The photodetecting element has a light absorption layer and a first contact layer,
The first contact layer is an optical element made of a semiconductor whose absorption edge wavelength is smaller than the oscillation wavelength of the surface emitting semiconductor laser. 請求項１において、
前記第１コンタクト層は、前記光吸収層より前記面発光型半導体レーザ側に設けられている、光素子。 In claim 1,
The first contact layer is an optical element provided on the surface emitting semiconductor laser side with respect to the light absorption layer. 請求項１または２において、
前記光検出素子は、前記第１コンタクト層と前記光吸収層を挟むようにして設けられた第２コンタクト層をさらに有し、
前記第２コンタクト層は、吸収端波長が前記面発光型半導体レーザの発振波長より小さい半導体からなる、光素子。 In claim 1 or 2,
The photodetecting element further includes a second contact layer provided so as to sandwich the first contact layer and the light absorption layer,
The second contact layer is an optical element made of a semiconductor whose absorption edge wavelength is smaller than the oscillation wavelength of the surface emitting semiconductor laser. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記光検出素子は、前記第１コンタクト層と接触する電極をさらに有し、
前記第１コンタクト層は、前記電極とオーミック接触可能な材質からなる、光素子。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
The photodetecting element further includes an electrode in contact with the first contact layer,
The first contact layer is an optical element made of a material capable of ohmic contact with the electrode. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記面発光型半導体レーザの発振波長が８５０ｎｍである場合に、
前記第１コンタクト層は、ＡｌＧａＡｓからなる、光素子。 In any of claims 1 to 4,
When the oscillation wavelength of the surface emitting semiconductor laser is 850 nm,
The first contact layer is an optical element made of AlGaAs. 請求項５において、
前記第１コンタクト層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓからなり、
Ｘは、０．０３５以上である、光素子。 In claim 5,
The first contact layer is made of Al x Ga 1-x As,
X is an optical element which is 0.035 or more. 請求項５において、
前記第１コンタクト層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓからなり、
Ｘは、０．０３５以上０．１５以下である、光素子。 In claim 5,
The first contact layer is made of Al x Ga 1-x As,
X is an optical element of 0.035 or more and 0.15 or less. 請求項１ないし７のいずれかにおいて、
前記面発光型半導体レーザは、
基板の上方に形成された第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、
を含み、
前記光検出素子は、
前記第２ミラーの上方に形成された前記第１コンタクト層と、
前記第１コンタクト層の上方に形成された前記光吸収層と、
前記光吸収層の上方に形成された第２コンタクト層と、
を含む、光素子。 In any one of Claims 1 thru | or 7,
The surface emitting semiconductor laser is:
A first mirror formed above the substrate;
An active layer formed above the first mirror;
A second mirror formed above the active layer;
Including
The photodetecting element is
The first contact layer formed above the second mirror;
The light absorbing layer formed above the first contact layer;
A second contact layer formed above the light absorption layer;
Including an optical element. 請求項１ないし８のいずれかにおいて、
前記面発光型半導体レーザと前記光検出素子との間に形成された分離層をさらに含み、
前記分離層は、吸収端波長が前記面発光型半導体レーザの発振波長より小さい半導体を含む、光素子。 In any of claims 1 to 8,
A separation layer formed between the surface-emitting type semiconductor laser and the light detection element;
The separation layer is an optical element including a semiconductor having an absorption edge wavelength smaller than the oscillation wavelength of the surface emitting semiconductor laser. 請求項１ないし７のいずれかにおいて、
前記光検出素子は、
第２コンタクト層と、
前記第２コンタクト層の上方に形成された光吸収層と、
前記光吸収層の上方に形成された前記第１コンタクト層と、
を含み、
前記面発光型半導体レーザは、
前記第１コンタクト層の上方に形成された第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、
を含む、光素子。 In any one of Claims 1 thru | or 7,
The photodetecting element is
A second contact layer;
A light absorbing layer formed above the second contact layer;
The first contact layer formed above the light absorbing layer;
Including
The surface emitting semiconductor laser is:
A first mirror formed above the first contact layer;
An active layer formed above the first mirror;
A second mirror formed above the active layer;
Including an optical element. 面発光型半導体レーザと、
前記面発光型半導体レーザから出射されたレーザ光の一部を検出する光検出素子と、
を含み、
前記光検出素子は、光吸収層及び第１コンタクト層を有し、
前記第１コンタクト層は、前記面発光型半導体レーザが発振する光の発振波長に対して透明な半導体からなる、光素子。 A surface emitting semiconductor laser;
A light detecting element for detecting a part of the laser light emitted from the surface emitting semiconductor laser;
Including
The photodetecting element has a light absorption layer and a first contact layer,
The first contact layer is an optical element made of a semiconductor that is transparent to an oscillation wavelength of light oscillated by the surface emitting semiconductor laser. 面発光型半導体レーザと、当該面発光型半導体レーザから出射されたレーザ光の一部を検出する光検出素子とを含む光素子の製造方法であって、
面発光型半導体レーザを形成する工程と、
吸収端波長が前記面発光型半導体レーザの発振波長より小さい半導体を用いて、光検出素子を構成するための第１コンタクト層を形成する工程と、
前記面発光型半導体レーザからの光を吸収できる半導体を用いて光吸収層を形成する工程と、
を含む、光素子の製造方法。 A method of manufacturing an optical element, comprising: a surface emitting semiconductor laser; and a light detecting element that detects a part of laser light emitted from the surface emitting semiconductor laser,
Forming a surface emitting semiconductor laser;
Forming a first contact layer for constituting a photodetecting element using a semiconductor having an absorption edge wavelength smaller than the oscillation wavelength of the surface emitting semiconductor laser;
Forming a light absorption layer using a semiconductor capable of absorbing light from the surface emitting semiconductor laser;
The manufacturing method of an optical element containing this.
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